2020 Fiscal Year Research-status Report
強相関ディラック電子系のバンド間磁場効果に関する実験的研究
| Project/Area Number |
20K03869
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
鴻池 貴子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (70447316)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ディラック電子 / バンド間磁場効果 / 磁化率 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，圧力下でグラフェンと同様の線形分散を持つことが知られている有機導体alpha-(BEDT-TTF)2I3を対象として圧力下磁化率とホール伝導度測定を行い，ディラック電子系特有のバンド間磁場効果による巨大軌道反磁性とバンド間ホール効果を実験的に検出し，その効果と関連性を明らかにすることを目的としている．本物質では，グラフェンとは異なり強相関電子系が形成されていることから多様な相図が得られ，圧力制御によって電荷秩序相・有限質量のディラック相・質量ゼロのディラック相を網羅的に研究できる唯一の物質である．この特性を生かしてグラフェンとは異なる独自の方向性を持つディラック電子の研究を行う．
我々は現在までに本物質において上記3つのすべての相において反磁性を観測し，反磁性は高圧の質量ゼロのディラック相と比べて低圧ほど顕著にみられることを報告していた．この結果は予想に反するものであったが，フェルミエネルギーがディラック点から僅かにシフトしている事で説明可能であると考えていた．
本研究ではまず始めに反磁性磁化率のさらに詳細な圧力依存性を明らかにすることを予定していたが，最近になって本物質は70度以上で数10時間アニールすることにより，超伝導を示すbeta-(BEDT-TTF)2I3に構造が変化し得ることが分かった．アニール温度がそれ程高くないことから経年変化によって試料の一部で構造変化が引き起こされる可能性が出てきた．そこでアニール前後で偏光顕微鏡像を観察し，構造変化が実際に起こるかどうかの考察を行った．現時点では構造変化の可能性を否定することが出来ないため，今まで観測されてきた反磁性の起源を断定するためには更なる研究が必要であることが分かった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
我々は現在までに本物質の電荷秩序相・有限質量のディラック相・質量ゼロのディラック相のすべての相において反磁性を観測し，フェルミエネルギーがディラック点から僅かにシフトしている事を考慮に入れることで，観測された反磁性はディラック電子系特有の軌道反磁性として理解できると考えていた．しかしながら最近になって本物質はアニールにより超伝導を示すbeta-(BEDT-TTF)2I3に構造が変化し得ることが分かり，経年変化によっても試料の一部で構造変化が引き起こされる可能性がでてきた．
そこで，研究計画時には想定していなかったが，実際に試料を加熱しながら偏光顕微鏡像を動画観察し，構造変化が実際に起こるかどうかを考察した．その結果，アニールが進むにつれて試料の一部が変色し始め，その領域が徐々に広がっていく様子が確認された．この変色は構造変化に関連するものと考えられる．さらに，反磁性が観測される温度・磁場・圧力領域がbeta型の超伝導相とほぼ一致することから，今まで観測されていた反磁性の起源はbeta型の超伝導に由来する可能性が高いと考えられる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，圧力下でディラック電子系が形成される有機導体alpha-(BEDT-TTF)2I3を対象として圧力下磁化率とホール伝導度測定を行い，ディラック電子系特有のバンド間磁場効果による巨大軌道反磁性とバンド間ホール効果を実験的に検出し，その効果と関連性を明らかにすることを目的としている．現在までにすでに圧力下磁化率測定により反磁性が観測されることが分かっていたが，最近になって試料の経年変化による構造転移の可能性が浮上し，反磁性の起源を再考する必要が生じた．
今後はアニールによる構造変化の様子を偏光顕微鏡像からより詳細に調べるとともに，ラマン測定や磁化率測定からbeta型への構造変化が実際に生じていることを確認する．また，beta型の超伝導状態が確実に抑制される高圧下での磁化率測定を行い，ディラック電子に由来する軌道反磁性の検出を改めて試みる．これらを確認した後に，提出した研究計画に沿ってalpha-(BEDT-TTF)2I3の圧力下磁化率，ホール抵抗を系統的に測定し，バンド間磁場効果特有の振舞いの実験的検証と磁化率・ホール効果の関連性を明らかにしたい．
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの感染対策により学会がオンライン開催となり，旅費が不要になったため．また，想定外の実験結果が得られたため，実験に必要な備品等の購入を次年度に繰り越したため．
|
